Un termometro liquido funziona utilizzando la dilatazione termica di un liquido all'interno di un tubo capillare per misurare la temperatura. La precisione di questo metodo varia a seconda del liquido utilizzato, ma tutti usano il fatto che quando la maggior parte dei liquidi sono riscaldati, si espandono. I comuni tipi di termometri a liquido usano mercurio, toluene o liquidi biodegradabili meno tossici.
L'espansione termica dei liquidi a temperature normali è generalmente lieve, ma è completamente sufficiente per i termometri a liquido. Il liquido è normalmente conservato in un bulbo sul fondo del termometro, ma questo bulbo è molto ampio rispetto al tubo capillare, che è abbastanza sottile che qualsiasi espansione nel volume causa una differenza significativa nell'altezza del liquido.
I termometri per liquidi devono essere accuratamente calibrati per visualizzare la temperatura corretta. Ogni liquido utilizzato ha una diversa velocità di espansione termica. Inoltre, il liquido si comporta in modo diverso in base al livello di immersione, quindi qualsiasi termometro liquido viene calibrato correttamente per un determinato livello. Un'immersione maggiore o minore nella sostanza misurata si traduce in errore.
Il termometro liquido è un meccanismo molto semplice che richiede solo la lettura dell'occhio umano e quindi ne rileva l'uso diffuso. Sono più precisi di molti altri tipi di termometri di uso comune, sebbene tendano a essere meno convenienti per molte applicazioni.